Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten Werkstückes

Abstract

 Ein Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes (20) mit abriebfester Oberfläche, mit den folgenden Schritte:
A) Bereitstellen eines digitalen Datensatzes für eine digitale Druckvorrichtung (1);
B) Zuführen eines bedruckbaren Werkstückes (20) zu der Druckvorrichtung (1);
C) Digitales Bedrucken des bedruckbaren Werkstückes (20) mit der Druckvorrichtung unter Verwendung mindestens einer acrylathaltigen Druckfarbe (22); wobei ein zugeführtes Harzgemisch (5, 21) und/oder die acrylathaltige Druckfarbe (22) als Bestandteil mindestens einen chemischen Vernetzer enthält, der in einer Heizpresse (7) eine chemische Verbindung zwischen dem polymerisierten Acrylat der Druckfarbe (22) und dem Harzgemisch (5, 21 ausbildet, und
D) Aushärten des Harzgemisches (5, 21) mittels der Heizpresse (7) bei gleichzeitiger chemischer Reaktion des Vernetzers mit dem polymerisierten Acrylat der Druckfarbe (22) und dem Harzgemisch.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes, beispielsweise eine Küchenarbeitsplatte, eine Möbelfront, ein Laminatfußbodenteil oder ein dekoratives Laminat (HPL/CPL) mit einer dekorativen und widerstandsfähigen Oberfläche.

[0002] Zur Herstellung eines solchen Werkstückes wird nach dem Stand der Technik häufig ein digitales Druckverfahren, z.B. ein Tintenstrahldruckverfahren, eingesetzt. Der dazu aktuelle Stand der Technik sowie die Schwierigkeiten werden in der DE 10 2009 044 092.5 und DE 10 2009 044 091.7 beschrieben. Die beschriebenen Lösungsansätze für die Aufgabenstellung, ein gut funktionierendes, industrietaugliches digitales Druckverfahren einzusetzen und gleichzeitig eine widerstandsfähige Oberfläche mittels einer Melaminbeharzung und anschließender Aushärtung des Melaminharzes (Kondensationsreaktion) zu erzielen, lassen sich allerdings noch weiter verbessern.

[0003] Insbesondere können diese bekannten Verfahren in Bezug auf die Haftung zwischen der einzelnen bedruckten Lagen des Werkstücks, beispielsweise einer Papierbahn, und dem häufig darunter liegenden plattenförmigen Werkstück, z.B. einer Holzwerkstoffplatte wie einer Span- oder MDF-Platte noch verbessert werden. Ebenso ist es mit den in den beschriebenen Verfahren der DE 10 2009 044 092.5 und DE 10 2009 044 091.7 nicht immer möglich, einen hohen Farbauftrag zu realisieren, weil bei zu hohem Farbauftrag (z.B. mehr als 10 g/m²) die zugrundeliegende physikalische Haftung zwischen dem reagierenden Melaminharzgemisch und der acrylathaltigen Druckfarbe, im Falle der DE 10 2009 044 092.5, bzw. der lösemittelhaltigen Farbe, im Falle der DE 10 2009 044 091.7, nicht ausreichend ist.

[0004] Zusätzlich lässt sich eine sehr hohe optische Brillanz und Qualität des Druckbildes nur dann erzeugen, wenn die gedruckten Tröpfchen einer Druckfarbe 22', 22", vgl. aus Fig. 3 und Fig. 4 möglichst nahe der Oberfläche des zu bedruckendes Werkstückes liegen.

[0005] In Fig. 3 ist als ein Werkstück 20' eine Papierbahn dargestellt, welche eine sogenannte Farbempfangsschicht 23' nahe der Oberfläche des Werkstückes, also der Papierbahn, enthält. Mit dieser Farbempfangsschicht wird erreicht, dass die Tröpfchen einer Druckfarbe 22' an der Oberfläche des Werkstückes 20' bleiben und so ein sehr brillantes Farbbild geben. Der Fachmann spricht hier davon, dass "der Druck gut steht".

[0006] Bei den Verfahren aus der DE 10 2009 044 092.5 und DE 10 2009 044 091.7 sinkt eine Druckfarbe 22" relativ weit in ein Werkstück 20", beispielsweise eine Papierbahn, ein. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, wo sich Tröpfchen der Druckfarbe 22" tiefer im Inneren der Papierbahn 20" befinden. Die Verbindung, d.h. die Haftung zwischen der acrylathaltigen Druckfarbe 22", wie in der DE10 2009 044 092.5 beschrieben, und einer Imprägnierung mit einem Harzgemisch, bevorzugt ein Melaminharzgemisch 21" in Fig. 4 erfolgt hier nur physikalisch, d.h. das ausgehärtete (kondensierte) Melaminharz 21" umschließt physikalisch die Tröpfchen der ausgehärteten, acrylathaltigen Druckfarbe 22". Eine chemische Bindung zwischen der acrylathaltigen Druckfarbe 22" und dem Melaminharz 21" findet nicht statt.

[0007] Zusammengefasst ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines digital bedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes mit widerstandsfähigen Oberfläche und einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Haftung der bedruckten Oberfläche zu den darunter liegenden Schichten, mit einer Möglichkeit zu einem höheren Farbauftrag sowie mit einem brillanteren und qualitativ hochwertigeren Druckbild darzustellen.

[0008] Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

[0009] Dabei wird ein digital bedrucktes flächiges, bahnförmiges oder plattenförmiges Werkstück wie folgt hergestellt:

Zunächst erfolgt das Bereitstellen eines digitalen Datensatzes für die digitale Druckvorrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich hierbei um ein Dekorbild, z.B. die Nachbildung eines Holz- oder Fliesendekors. Es kann allerdings auch jedes andere digitale Bild, z.B. ein fotorealistisches Bild oder sonstiges Motiv verwendet werden.

[0010] Nach dem Zuführen des bedruckbaren Werkstückes zu einer Druckvorrichtung erfolgt das digitale Bedrucken des jeweiligen Werkstückes. Dabei kommt ein digitales Tintenstrahldruckverfahren zum Einsatz, welches eine acrylathaltige Farbe verwendet. Es kann dabei einfarbig gedruckt werden oder auch mittels mehrer acrylathaltiger Druckfarben. Besonders bevorzugt kommt ein Druck mit vier Farben zum Einsatz, wobei sich die Farben im Wesentlichen nur durch unterschiedliche Farbpigmente unterscheiden und ansonsten die gleiche acrylathaltige Basis haben.

[0011] Als zusätzliches Additiv in dieser acrylathaltigen Druckfarbe wird ein Vernetzer verwendet, der bei thermischer Aktivierung eine chemische Verbindung zwischen der acrylathaltigen Druckfarbe und dem zur Imprägnierung verwendeten Harzgemisch, besonders bevorzugt Melaminharzgemisch und/oder ein Phenolharzgemisch, herstellt. Dabei geht der Vernetzer erst während eines Pressvorgangs in einer Heißpresse eine chemische Bindung sowohl mit der Acrylatverbindung als auch mit der Harzverbindung ein.

[0012] Alternativ ist unter der Vorgabe, dass ein zugeführtes Harzgemisch und/oder eine acrylathaltige Druckfarbe als Bestandteil mindestens einen chemischen Vernetzer enthält auch zumindest ein Vernetzer verstanden, welcher chemisch am Acrylatmolekül und/oder am Harzmolekül gebunden vorliegt, beispielsweise als Prepolymer, und derart auf das Werkstück aufgebracht wird.

[0013] Als Vernetzer kann z.B. ein Isocyanat oder ein Molekül, welches die IsocyanatGruppe NCO-, z.B. ein Diisocyanat, enthält, verwendet werden. Es können auch andere geeignete chemische Vernetzer verwendet werden, die bei thermischer Anregung nach dem Bedrucken eine chemische Bindung zwischen der acrylathaltigen Druckfarbe und dem Harzgemisch, insbesondere dem Melaminharzgemisch, eingehen.

[0014] Die verwendeten Vernetzer werden chemisch so eingestellt, dass sie erst oberhalb einer Temperatur von 50 °C, bevorzugt oberhalb von 70 °C, die Reaktion beginnen. Dies ist notwendig, um Vorreaktionen in der digitalen Druckeinrichtung mit Sicherheit auszuschließen.

[0015] Der Anteil der Vernetzer in der acrylathaltigen Druckfarbe beträgt 1-50 Volumenprozent, bevorzugt 5-45 Volumenprozent, besonders bevorzugt 15-30 Volumenprozent.

[0016] Das zu bedruckende Werkstück kann in einer beispielhaften Ausführungsform eine Papierbahn sein. Alternativ kann auch ein plattenförmiges Werkstück, wie z.B. eine Holzwerkstoffplatte oder eine Span- oder MDF-Platte als zu bedruckendes Werkstück verwendet werden. Nach dem Druck kann die acrylathaltige Druckfarbe ganz oder teilweise ausgehärtet, d.h. polymerisiert werden. Dabei wird bevorzugt eine strahlenhärtende Druckfarbe, welche mit entsprechenden Photoinitiatoren versehen ist, verwendet.

[0017] Dabei wird lediglich 30-60% der Strahlendosis benötigt, die bei einer strahlenhärtenden Druckfarbe notwendig wäre, die kein Vernetzungsmittel aufweist.

[0018] Nach der möglichen teilweisen oder vollständigen An- oder Aushärtung der acrylathaltigen Druckfarbe wird das Werkstück mit einem Harzgemisch imprägniert. Dabei wird ein Harzgemisch, insbesondere ein melaminhaltiges Harz, mit oder ohne Netzmittelanteil verwendet.

[0019] Imprägniert wird das Werkstück z.B. als endlose Papierbahn in einer Ausführungsform in einem wässrigen Harzbad. Nach dem Eintauchen in das Harzbad wird das Papier mit z.B. einem Quetschwalzenpaar auf eine vordefinierte Menge an Harz gebracht und danach in einem Trocknungskanal auf eine vordefinierte Restfeuchte zurückgetrocknet.

[0020] In einer alternativen Ausführungsform kann auch das zu bedruckende Werkstück eine Platte, vorzugsweise aus Holz, z.B. MDF- oder Spanplatte sein, welche nach dem Druck durch einen Walzenauftrag mit einem flüssigen Harzgemisch beschichtet wird. Dieses flüssige Harzgemisch kann dann ebenfalls in einem Trocknungsofen auf eine Restfeuchte zurückgetrocknet werden.

[0021] In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Werkstück auch aus dem Aufbau: Papierlage oben, plattenförmiger Werkstoff, z.B. Holzwerkstoffplatte, in der Mitte, und eine Papierlage unten bestehen. Dabei können die oberen und untere Papierlage jeweils einzeln bedruckt und imprägniert werden und dann in einer Heizpresse mit der sich in der Mitte befindende Holzwerkstoffplatte verpresst werden.

[0022] In einer alternativen Ausführungsform kann das Imprägnieren auch durch Zuführung eines nicht bedruckten Papieres erfolgen, welches vorab imprägniert worden ist. In diesem Fall muss das eigentlich zu bedruckende Werkstück nicht selbst imprägniert werden, sondern wird nur mit einer oder mehreren Schichten von Papier, die vorher imprägniert worden sind, belegt. Der mögliche Aufbau des Werkstückes aus einer oder mehreren Papierlagen unten, imprägniert oder nicht imprägniert, bedruckt oder nicht bedruckt, einer Trägerplatte, vorzugsweise eine Holzwerkstoffplatte oder eine ähnliche Platte, in der Mitte und wiederum unterschiedlicher Mengen an Papierlagen, bedruckt oder nicht bedruckt, imprägniert oder nicht imprägniert, auf der Oberseite, kann variiert werden. Wichtig für die endgültige Abfolge ist die gewünschte Oberflächenausprägung, Härte, Kratzfestigkeit, Strukturtiefe, z.B. bei Einsatz einer Prägepresse, oder sonstige Eigenschaften des Werkstücks.

[0023] Nach dem Imprägnieren und dem Zusammenlegen der Schichten wird das bahn- oder plattenförmige bedruckte Werkstück in einer Heizpresse ausgehärtet. Dabei erfolgt gleichzeitig eine Kondensationsreaktion des Harzgemisches, bevorzugt Mefaminharzgemisches, sowie eine chemische Reaktion des Vernetzers in dem teilweise oder vollständig ausgehärteten Acrylat, so dass eine feste chemische Verbindung zwischen dem Acrylat (der Druckfarbe) und dem Harzgemisch erfolgt in einer sogenannten thermische Nachreaktion des Acrylats.

[0024] In einer besonderen Ausführungsform kann das zu bedruckende Werkstück als Papierbahn eine sogenannte Farbempfangsschicht enthalten. Diese Farbempfangsschicht kann in einer besonderen Ausführungsform z.B. aus einer Kaseinlösung 3-10 %, besonders bevorzugt 4-8 %, bezogen auf das Gewicht des Papiers, bestehen.

[0025] Diese Farbempfangsschicht dient dazu, während des digitalen Bedruckens die Farbtröpfchen der acrylathaltigen Druckfarbe an der Oberfläche des Werkstückes, hier des zu bedruckenden Papiers, zu behalten und dadurch eine hochbrillante Oberfläche mit einem qualitativ hochwertigen Druckbild zu erzeugen.

[0026] Im folgenden ist in den Figuren eine mögliche Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

[0027] Fig. 1 zeigt eine Anlage mit einer digitalen Druckvorrichtung 1, die von einem Rechner 3 mit einem Druckbild gespeist wird. Von einer Rolle 2 aus wird durch eine Abwicklung von Papier ein bedruckbares Werkstück 20 der Druckvorrichtung 1 zugeführt. Eine optionale Einrichtung 4 dient teilweisen oder vollständigen An- oder Aushärtung der acrylathaltigen Druckfarbe im Anschluss an den Druckvorgang. Daran anschließend ist ein Harzbad 5 mit einem wässrigen Melaminharzgemisch angeordnet, in dem das Werkstück, hier das bedruckte Papier, getränkt wird und anschließend über ein Quetschwalzenpaar auf eine definierte Beharzungsmenge zurückgeführt wird. Anschließend wird das so getränkte Papier in einem Durchlauftrockner 6 auf eine definierte Restfeuchte zurückgetrocknet. Danach kann das Papier z.B. in Blattware geschnitten werden und anschließend in einer Heizpresse 7 verpresst werden. Diese Heizpresse kann in Form einer Taktpresse oder einer kontinuierlichen Doppelbandpresse ausgestaltet werden. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Presse mit einem beheizten Druckkissen und einem Prägewerkzeug, z.B. einem geätzten Prägeblech oder einem Prägeband ausgestattet. Dadurch kann die Oberfläche des Werkstückes eine entsprechend gewünschte Struktur erhalten.

[0028] In der Heizpresse 7 kann das Werkstück entweder aus einer oder mehreren Papierschichten oder aus einem direkt bedruckten, plattenförmigen Werkstück oder aus einer Kombination aus plattenförmigen Werkstücken und Papierschichten bestehen.

[0029] Fig. 3 und Fig. 4 zeigen einen möglichen Aufbauten eines bedruckten Werkstückes nach dem Stand der Technik, bei dem das Werkstück als Papier 20', 20" ausgebildet ist. In diesem Papier 20" sind, wie in Fig. 4 dargestellt, einzelne Tröpfchen einer acrylathaltigen Druckfarbe 22" enthalten, welche von einem Harzgemisch 21" umschlossen sind. Hierdurch ergibt sich nach dem Stand der Technik eine physikalische Haftung, aber keine chemische Haftung.

[0030] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante eines Produktes, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Das zu bedruckende Werkstück 20 ist als Papier ausgebildet, welches in der abgebildeten beispielhaften Ausführungsform eine Farbempfangsschicht 23 an der Oberfläche aufweist. Auf diese Farbempfangsschicht 23 werden die Farbtröpfchen der acrylathaltigen Druckfarbe 22 inklusive eines Vernetzers durch die Vorrichtung aufgebracht. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist eine weitere Papierschicht 24, die vorab mit einem Harzgemisch 21 beharzt worden ist, als sogenanntes Overlay aufgebracht. Der Vernetzer in der acrylathaltigen Druckfarbe 22 sorgt dafür, dass eine chemische Verbindung zwischen dem Acrylat aus der Druckfarbe und dem Melaminharzgemisch 21 hergestellt wird.

[0031] In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Harzgemisch ein Netzmittel auf, wodurch die Oberflächenspannung verringert wird und das Harzgemisch besser in eine Werkstück, insbesondere eine Holzplatte oder ein Papier, eindringen kann. Geeignete Netzmittel und ein entsprechendes Verfahren zur Verarbeitung, beispielsweise durch Aufsprühen des Netzmittels, sind aus der DE 10 2009 044 092.5 bekannt und können für das Harzgemisch im vorliegende Verfahren verwendet werden.

[0032] Bezugszeichen

1

Druckvorrichtung

2

Rolle

3

Computer für digitalen Datensatz

4

Strahlungsquelle

5

Melaminharzbad

6

Trockner

7

Heizpresse

20

Werskstück, hier Papier

21

Melaminharz

22

acrylathaltige Druckfarbe

23

Farbempfangsschicht

24

Overlaypapier

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines digitalbedruckten flächigen, bahnförmigen oder plattenförmigen Werkstückes (20) mit abriebfester Oberfläche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

A) Bereitstellen eines digitalen Datensatzes für eine digitale Druckvorrichtung (1);

B) Zuführen eines bedruckbaren Werkstückes (20) zu der Druckvorrichtung (1);

C) Digitales Bedrucken des bedruckbaren Werkstückes (20) mit der Druckvorrichtung unter Verwendung mindestens einer acrylathaltigen Druckfarbe (22); wobei ein zugeführtes Harzgemisch (5, 21) und/oder die acrylathaltige Druckfarbe (22) als Bestandteil mindestens einen chemischen Vernetzer enthält, der in einer Heizpresse (7) eine chemische Verbindung zwischen dem polymerisierten Acrylat der Druckfarbe (22) und dem Harzgemisch (5, 21 ausbildet, und

D) Aushärten des Harzgemisches (5, 21) mittels der Heizpresse (7) bei gleichzeitiger chemischer Reaktion des Vernetzers mit dem polymerisierten Acrylat der Druckfarbe (22) und dem Harzgemisch.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt C) ein teilweises oder vollständiges An- oder Aushärten der acrylathaltigen Druckfarbe (22) erfolgt, bevorzugt durch Strahlenhärtung (4).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bedrucken in Verfahrensschritt C) eine acrylathaltigen Druckfarbe (22), die den chemischen Vernetzer enthält, verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt D), vorzugsweise im Anschluss an den Verfahrensschritt C), eine Imprägnierung eines bedruckten Werkstückes mit dem Harzgemisch (5, 21) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt B) eine Imprägnierung des bedruckbaren Werkstückes (20) mit dem Harzgemisch (5, 21) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als bedruckbares Werkstück (20) ein Papier verwendet wird, welches in Verfahrensschritt D) gemeinsam mit einem plattenförmigen Werkstück, bevorzugt mit einer Holzwerkstoffplatte, besonders bevorzugt mit einer Span- oder MDF-Platte, in der Heizpresse (7) zu einem fest verbundenen Werkstück verpresst wird.

7. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Reaktion des Vernetzers mit der acrylathaltigen Druckfarbe (22) und dem Harzgemisch (5, 21) erst oberhalb einer Temperatur von 50 °C, bevorzugt oberhalb von 70 °C, beginnt.

8. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Vernetzer eine Substanz oder ein Substanzgemisch mit Gewichtsanteilen von 50-100 %, bevorzugt Gewichtsanteilen von 80-99,5% an Isocanaten oder Moleküle, die zumindest eine Isocanat-Gruppe NCO- enthalten, verwendet wird..

9. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als bedruckbares Werkstück (20) ein Papier, welches eine Farbempfangsschicht (23) enthält, verwendet wird

10. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Farbempfangsschicht (23) Kasein mit einem Gewichtsanteil von 2-15 %, bevorzugt 4-8 %, verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt D) ein bedrucktes Werkstück mit zumindest einem nicht bedruckten, aber imprägnierten Werkstück zu einem Paket zusammengelegt wird.

12. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Harzgemisches (5, 21) bei einer Temperatur von mehr als 145°C, vorzugsweise mehr als 180°C, erfolgt.

13. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Harzgemisches (5, 21) unter einem Flächendruck von mehr als 20 bar, bevorzugt mehr als 35 bar, erfolgt.

14. Verfahren nach einem der oben stehenden Ansprüche,. dadurch gekennzeichnet, dass der Vernetzer während des Verfahrensschrittes D) eine chemische Bindung sowohl mit dem polymerisierten Acrylat der Druckfarbe (22) als auch mit dem Harzgemisch (5, 21) eingeht.

15. Verfahren nach einem der obenstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzgemisch (5, 21) ein Netzmittel aufweist.

Zeichnung